陳樂依

STEM教育的興起，引起了國內外的廣泛關注，美國甚至將其提升到了國家戰(zhàn)略的高度。STEM教育強調跨學科融合，以學生為中心，注重實踐與創(chuàng)新能力培養(yǎng)，這與時代發(fā)展要求相符合。推動STEM教育的發(fā)展離不開技術支持，而人工智能的出現(xiàn)為我們帶來了希望，但是如何使兩者恰當?shù)娜诤鲜切枰屑氄遄玫摹１疚慕榻B了STEM教育和教育人工智能的基本含義，在此基礎上分析了教育人工智能可以如何促進STEM教育的發(fā)展;再次，專門分析了在教育人工智能技術支持下，如何對STEM教育教學評價進行設計;最后，利用一個案例，對上述設計進行了具體而深入的應用，以驗證兩者融合可行之處。

2016年9月14日，美國研究所與美國教育部聯(lián)合發(fā)布：《STEM2026：STEM教育中的創(chuàng)新愿景》，力求在各方面推進STEM教育的發(fā)展和研究，確保各階段的學生能夠享受STEM教育，提高國家競爭力。我國于2018年5月，在北京啟動了中國STEM2029行動計劃，希望以此為起點，讓科學思維和創(chuàng)新能里成為每一個孩子的成長基因。

2017年7月，國務院印發(fā)《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，為加快人工智能的創(chuàng)新應用，提出智能教育。指明了人工智能對教育的重要性，應促進兩者的深度融合。

STEM教育強調跨學科的融合，在STEM教育過程中，倡導學生的科學探究和交流合作，這與人工智能的應用理念不謀而合。本文將具體研究在教育人工智能技術的支持下，如何深入地對STEM跨學科教學評價進行設計。

1 STEM教育與教育人工智能的介紹

1.1STEM教育

STEM是科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）和數(shù)學（Math）的簡稱，強調跨學科交叉融合，是一種基于項目或者問題的學習，傳授系統(tǒng)的科學文化知識同時又注重培養(yǎng)學生的實踐和創(chuàng)新能力。

1.2教育人工智能

教育人工智能（EAI）是人工智能與學習科學相結合而形成的一個新領域。強調以人為本，從教育的角度出發(fā)，通過人工智能技術，深入而客觀地分析學習的過程與結果，為學習者和教育者提供有效的學習幫助。

2 教育人工智能技術對STEM教育發(fā)展影響及如何進行教學評價設計

2.1教育人工智能技術如何促進STEM教育發(fā)展

人工智能技術的飛速發(fā)展，使得它活躍于各個領域，在教育中的應用推動了教學雙邊互動的變革。教育人工智能技術支持下的新型教學模式是以學習者為中心的教學模式，它改變了傳統(tǒng)教學模式的結構、要素的組合形式，能夠較好地順應技術發(fā)展的趨勢。因此，在開展STEM教育的過程中，教育人工智能技術可以扮演一個輔助者的角色，提供外部技術支持，為學生和教師提供幫助。例如，通過跟蹤瀏覽記錄，系統(tǒng)自動向學生提供可能感興趣的內容;通過分析學生的課堂活動記錄，判斷學習狀態(tài);根據(jù)一系列學生的成績數(shù)據(jù)，準確分析學生的知識掌握情況。教師可以通過人工智能技術，對班級學情進行準確分析，了解學生的學習風格，學習態(tài)度，以及知識薄弱點等，從而掌握班級整體的學習情況，進行合理教學。

2.2教育人工智能技術支持下對STEM教育教學評價的設計

教學評價是教學過程的最后一個環(huán)節(jié)，但是也重要的一部分，是對學生學習效果的反饋，有利于教師自我反思，改進教學方法和教學內容，促進學生發(fā)展。隨著人工智能技術在教學中的不斷深入應用，通過數(shù)據(jù)搜集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析、結果呈現(xiàn)等使得對學習過程的評價更為科學化，同時評價方式、評價標準、評價主體也更加多元化。STEM教育的評價應該包含學生的整個學習過程、能夠隨時反映學習成果，即以過程性評價為主的，總結性評價為輔。因此，教育人工智能技術能夠有效促進對STEM教育的教學評價。

從完整的教學過程出發(fā)，教學評價可以從課前預習、課堂參與、課后復習這三個環(huán)節(jié)進行設計。系統(tǒng)通過對學生課前的預習情況進行分析，預測其對課程內容的熟悉度、興趣度等;通過對學生課堂活動進行評價，包括自主探究成果、合作協(xié)調能力、創(chuàng)新思維、綜合實踐能力等，掌握其學習狀態(tài);通過跟蹤課后學習記錄，例如課后練習準確度、視頻觀看學習記錄等，分析學生的知識掌握理解程度，找出薄弱點。基于系統(tǒng)評價的同時，也可以進行師評、自評、組內互評、家長評等，使評價結果更加精準，有利于全面分析學生的認知結構，幫助學生認識自我，提供學習動力，同時也幫助教師及時調整教學策略。

3 案例

基于上述研究設計，以制作“汽車倒車雷達警報裝置”為STEM課程案例，在教育人工智能技術的支持下對其教學評價進行具體設計。

本課程是基于Arduino電子元器件編程的項目學習，集合了科學、技術、工程、數(shù)學等多學科內容，實現(xiàn)了科學原理與綜合技術實踐的結合，讓知識從理論走向實際，體現(xiàn)了STEM教育的核心思想。課程涉及的理論知識為超聲波反射原理，學生需要在掌握科學原理的基礎上，以小組合作的形式完成汽車模型制作、電路連接、控制器件編程等任務。本案例將從課前、課堂、課后三個環(huán)節(jié)對學生進行教學評價。

3.1課前評價

為促進課堂教學順利開展，教師在課前下發(fā)關于超聲波和Arduino編程的學習資料，并提前布置“制作倒車雷達裝置”這一任務，引發(fā)學生主動思考，通過對他們的學習數(shù)據(jù)搜集，如網(wǎng)頁搜索關鍵詞、學習資料瀏覽時長等，分析學生對本課程內容的興趣度和存在疑問，進行課前的預評價，幫助教師進行課程調整。

3.2課堂評價

除去教師講授科學原理知識外，制作倒車雷達裝置的學習活動主要以小組形式展開。因此，課堂評價主要集中于對學生合作協(xié)調性，組內活動參與度、創(chuàng)新能力等方面。合作協(xié)調性的評價標準具體包括組內分工合理性、裝置功能實現(xiàn)程度、裝置制作完成時間三個方面。其中，組內分工任務可以為汽車模型制作、電子元器件選擇、電路連接、代碼編寫等。將這些信息轉化為數(shù)據(jù)上傳至智能系統(tǒng)，綜合分析得出小組合作協(xié)調度。組內活動參與度可理解為參與討論和制作的積極性，可以從人數(shù)、形式等方面進行量化評價。創(chuàng)新能力主要體現(xiàn)為拓展練習方面，即在制作倒車雷達裝置的基礎上，小組能夠舉一反三，應用超聲波反射原理制作出其他的有趣奇特或具有價值的裝置的能力。

3.3課后評價

課后評價主要針對學生對超聲波反射原理知識的掌握程度。教師可以通過布置課后習題，讓系統(tǒng)自動分析學生的練習準確率，檢驗知識理解情況，找出薄弱點，分別為他們提供學習和教學的動力。

綜合三個環(huán)節(jié)的評價，全面而深入地對學生的學習效果進行評價，不僅是知識層面，而且更注重學生學習過程的合作能力、實踐能力、創(chuàng)新能力，通過及時反饋，促進學生的發(fā)展和教師的教學工作的開展。

4 結語

STEM教育從提出到發(fā)展，一直受到世界各國的廣泛關注，強調跨學科融合，以學生為中心，注重實踐與創(chuàng)新能力培養(yǎng)，這與時代發(fā)展要求相符合。隨著科技的不斷進步，人工智能的出現(xiàn)，其在教育領域的應用，為推動STEM教育的發(fā)展帶來的技術支持。但是如何使兩者恰當?shù)娜诤鲜切枰屑氄遄玫?。本文介紹了STEM教育和教育人工智能的基本含義，在此基礎上分析了教育人工智能可以如何促進STEM教育的發(fā)展;再次，專門分析了在教育人工智能技術支持下，如何對STEM教育教學評價進行設計;最后，利用一個案例，對上述設計進行了具體而深入的應用，以驗證兩者融合可行之處。

（作者單位：杭州師范大學）